2019 Fiscal Year Annual Research Report
液体の分子運動性が導入された結晶性有機構造体の合成と動的機能
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18H02032
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
堀毛 悟史 京都大学, 高等研究院, 准教授 (70552652)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 結晶性有機構造体 / 分子運動 / イオン伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
結晶性有機構造体（COF）の内部に運動性の高い長鎖置換基を導入するという、前年度の合成戦略を拡張し、今年度はパーフルオロアルキル基を高密度で導入し、イミン結合からなるCOFの合成、およびプロトン（H+）伝導性の評価を行った。パーフルオロアルキル鎖の長さが異なる三種類のCOFを合成し、その構造や動的評価をX線回折、DSC、固体NMRから行った。その結果温度を上げることでより等方的な運動を示すことが分かった。この結果をもとに、リン酸（H3PO4）を浸漬法によって内部に導入し、得られた固体材料のプロトン伝導度を測定したところ、無加湿かつ100℃以上で10^-2 S/cm以上の高い伝導度を示すことが分かった。またこれらCOF試料は動的粘弾性測定から、一般的なH+伝導性無機材料と比べて大幅に低いヤング率を有することも確認され、それを踏まえ膜化を実施した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度見出したCOF内部の置換基の運動性制御をリチウムイオン伝導のみならず、より固体中で動きにくいプロトン（H+)へと拡張できた。パーフルオロアルキル鎖においても構造内部に高密度かつ高運動性を保持しながら導入でき、それら特性に応じた高いH+伝導性を得ることが出来た。解析においても構造、ダイナミクスを多角的な手法によって定量的に実施しており、今後の材料設計においても十分な指針を得ている。
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| Strategy for Future Research Activity |
高い運動性とかさ高さを有する置換基をより高密度にCOFに導入してゆくと、一定以上で結晶性が大幅に低減することが見いだされている。この非晶質COFは膜化やデバイス化の視点では結晶よりむしろ有利である一方、構造同定が困難となる。この非晶質COFの理解や設計がさらなる材料性能向上には必要であるため、この点の解決に注力してゆく。
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